航空发动机叶片三维重建与评估技术研究

航空发动机叶片是航空发动机的重要部件之一,不仅在高速高压的环境中工作,而且还容易受到外来物的撞击和破坏,恶劣的工作环境使得航空发动机叶片容易损伤,所以获得发动机叶片的型面和损伤数据对叶片的维修和再加工有着重要的意义。又由于航空发动机叶片的叶身多呈自由空间扭曲状,且工作性质要求叶片必须具有精准的尺寸和外形,这使得叶片制造技术成为航空发动机最复杂的制造技术之一,所以获得精准的叶片三维模型成为叶片加工制造的首要前提。逆向工程一般指的是用一些测量设备和测量方法结合三维建模的手段将实体模型转化成数字化模型。本研究利用逆向工程,针对航空发动机叶片自由曲面形状和高精度的要求在叶片测量和重建两个方面主要做了以下研究:根据点云拼接的原理和方法,提出了一种利用高精度定位技术计算虚拟转轴及中心点,通过构造四元数,对测量数据进行四元数变换,同时结合ICP(Iterative Closest Point)算法,补偿转台机械误差带来的拟合误差,从而实现叶片复杂型面的高精度360°扫描自动融合的方法。以该方法为核心搭建了航空发动机叶片三维测量系统,对航空发动机的高压涡轮叶片和压气机叶片进行了数据采集并利用逆向软件Geomagic Studio完成了叶片的三维重构。最后对叶片测量系统的精度和稳定性以及叶片重构模型的光顺性和误差进行了分析,证明本研究提出的高精度自动融合算法具有精度和效率的双重优势。重构得到的叶片三维模型误差较小且能够满足精度的要求,为叶片的维修和加工制造提供了数据支持。